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L’esposizione a sostanze chimiche prodotte dall’uomo influenza i geni che controllano l’invecchiamento, il sistema immunitario e il metabolismo

Oggi gli esseri umani sono esposti a migliaia di sostanze chimiche prodotte dall’uomo. Eppure gli effetti sulla salute delle persone non sono ancora del tutto chiari.

Nel 2020 il numero di sostanze chimiche registrate ha raggiunto 167 milioni . Ogni giorno le persone sono esposte a loro attraverso cibo, acqua, aria contaminata, farmaci, cosmetici e altre sostanze artificiali. Meno dell’1% di queste sostanze chimiche è stato testato per la tossicità e quelle testate dimostrano la capacità di interrompere quasi tutti i processi biologici nel nostro corpo. Possiamo dedurre in che modo le esposizioni cumulative modellano la nostra salute?

Sono un tossicologo ambientale che studia gli effetti delle sostanze chimiche prodotte dall’uomo sulla nostra salute. Ho deciso di sviluppare un approccio computazionale per confrontare oggettivamente la sensibilità di tutti i geni a tutte le sostanze chimiche e identificare i processi biologici più vulnerabili.

Approccio imparziale

Per il nostro studio , i miei colleghi di ricerca e io abbiamo utilizzato i dati del database tossicogenomico comparativo . Il database comparativo di tossicogenomia raccoglie informazioni da migliaia di studi pubblicati su come le sostanze chimiche modificano l’attività dei geni. I geni sono sezioni del DNA che codificano per proteine ??che svolgono un’ampia gamma di funzioni nelle cellule, dalla costruzione dei tessuti al metabolismo dei nutrienti. Quando le sostanze chimiche influenzano i geni, ciò si traduce in una maggiore o minore produzione di proteine.

I moderni metodi di biologia molecolare possono rilevare i cambiamenti nell’attività di tutti i geni nel genoma in risposta a un insulto chimico. Ho sviluppato un approccio che sovrappone elenchi di geni alterati da diversi studi per calcolare quante volte ogni gene è stato colpito. I numeri risultanti riflettono la sensibilità dei geni alle sostanze chimiche in generale.

Utilizzando 2.169 studi su topi, ratti, esseri umani e le loro cellule, il mio gruppo di ricerca ha classificato la sensibilità di 17.338 geni all’esposizione chimica. Questi studi hanno testato l’impatto di 1.239 diverse sostanze chimiche che vanno dai farmaci da prescrizione agli inquinanti ambientali.

Nella fase successiva abbiamo eseguito test per garantire che questo campione di oltre 1.000 sostanze chimiche fosse abbastanza grande da rappresentare in modo affidabile tutte le classi di sostanze chimiche prodotte dall’uomo a cui le persone sono esposte. Per fare ciò, abbiamo misurato la sensibilità dei geni per metà di questo elenco e poi per un altro per testare se anche un numero minore di sostanze chimiche può identificare in modo affidabile i geni sensibili. I risultati sono stati incoraggianti: i valori della sensibilità genica erano quasi identici nei due studi.

Il sistema di difesa cellulare risponde alle sostanze chimiche

Le nostre cellule non sono completamente indifese se esposte a insulti chimici. In effetti, possiedono strategie per affrontare lo stress e i danni indotti dalle sostanze chimiche . I nostri dati confermano che queste garanzie si attivano in risposta alle esposizioni.

Questa linea di difesa include enzimi che eliminano le sostanze chimiche tossiche, alleviano lo stress ossidativo (l’accumulo di radicali reattivi nelle cellule), riparano il DNA e le proteine ??danneggiati e identificano le cellule altamente danneggiate per innescare la loro morte e impedire che diventino cancerose.

 
L’esposizione a sostanze chimiche prodotte dall’uomo potrebbe aumentare i tassi di obesità in tutto il mondo? 

Il metabolismo dei lipidi e dei carboidrati è vulnerabile

Sorprendentemente, abbiamo scoperto che le reti molecolari coinvolte nella regolazione del metabolismo cellulare sono le più sensibili alle esposizioni chimiche. Uno di questi è la segnalazione PPAR . I PPAR sono un gruppo di proteine ??che regolano l’equilibrio energetico e il metabolismo dei lipidi e del glucosio.

L’aumento o la diminuzione dell’attività dei PPAR contribuiscono all’obesità, alla sindrome metabolica, al diabete e alla malattia del fegato grasso . La capacità di alcune sostanze chimiche ambientali di influenzare i PPAR è stata dimostrata in precedenza. Tuttavia, non ci aspettavamo di vedere la sensibilità dei PPAR a una gamma molto ampia di composti.

Abbiamo anche scoperto che i geni coinvolti nello sviluppo delle cellule beta pancreatiche, che secernono insulina e svolgono un ruolo chiave nel metabolismo del glucosio, sono soppressi dalla maggior parte delle sostanze chimiche nel nostro elenco. La disfunzione delle cellule beta provoca il diabete. Pertanto, le esposizioni chimiche cumulative possono essere un fattore di rischio significativo per il diabete.

Oggi un’epidemia di malattie metaboliche è un importante problema di salute pubblica. La prevalenza dell’obesità è quasi triplicata tra il 1975 e il 2016 . Circa il 40% degli americani svilupperà il diabete di tipo 2 durante la vita e il 33% -88% ha il fegato grasso . La connessione tra esposizioni e malattie metaboliche è stata dimostrata in precedenza per alcune sostanze chimiche con proprietà di disturbo endocrino . Tuttavia, il ruolo di una più ampia gamma di sostanze chimiche artificiali in questa epidemia non è stato riconosciuto prima, ma può essere significativo.

Crescita, invecchiamento e sistema immunitario

Due ormoni coinvolti nella crescita, l’ormone della crescita (GH) e il fattore di crescita simile all’insulina (IGF1), sono anche influenzati dall’esposizione a sostanze chimiche.

IGF1 è un ormone secreto principalmente dal fegato . È riconosciuto come un importante regolatore della crescita corporea . Inoltre, più esperimenti sui topi mostrano che la riduzione della segnalazione di GH-IGF1 si traduce in una maggiore durata . Questo percorso determina anche se le cellule useranno l’energia per costruire nuove molecole di cui il corpo ha bisogno , o se abbatteranno le molecole esistenti per rilasciare energia che l’organismo può utilizzare. La capacità delle sostanze chimiche di influenzare questo regolatore centrale della crescita e dell’invecchiamento è una scoperta nuova. Quali problemi di salute potrebbero essere dovuti alla sensibilità di GH-IGF1 devono ancora essere scoperti.

La nostra analisi indica che i geni che controllano la risposta immunitaria sono anche altamente sensibili alle sostanze chimiche.

Due dei principali risultati di un sistema immunitario disfunzionale sono l’allergia e l’autoimmunità. La prevalenza di entrambe le condizioni segue le tendenze al rialzo. Le allergie alimentari sono aumentate dal 3,4% al 5,1% tra il 1997 e il 2011 tra i bambini negli Stati Uniti. Le allergie cutanee sono aumentate dal 7,4% al 12,5% durante lo stesso periodo . Un altro studio ha mostrato un aumento del 5% dei marker ematici di malattie autoimmuni negli americani durante il periodo 1988-2012.

Tutti i percorsi molecolari sono sensibili alle sostanze chimiche

Nel complesso abbiamo scoperto che quasi tutti i percorsi noti possono essere influenzati da sostanze chimiche. Questa scoperta ha implicazioni significative per la tossicologia normativa.

Con un numero sempre crescente di sostanze chimiche prodotte dall’uomo, la società deve sviluppare  metodi rapidi ed economici per i test di tossicità.

Una domanda importante che rimane senza risposta è quali percorsi dovrebbero essere coperti dai test per garantire che i regolatori non approvino le sostanze chimiche che danneggiano o interrompono i circuiti molecolari critici. I nostri dati suggeriscono che abbiamo bisogno di sviluppare test che coprano ogni percorso molecolare noto senza eccezioni.

Il nostro studio delinea nuove priorità per la ricerca tossicologica, compreso il ruolo delle esposizioni chimiche per la salute metabolica, il sistema immunitario, lo sviluppo e l’invecchiamento.


Questo articolo è stato ripubblicato da The Conversation con una licenza Creative Commons. Leggi l’ articolo originale .La conversazione

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